弓形磁鐵和磁場成形用模具的製作方法

2023-04-23 19:22:01 1

專利名稱：弓形磁鐵和磁場成形用模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及成為圓弧形狀的弓形磁鐵和磁場成形用模具。
背景技術：
弓形磁鐵成為圓弧狀的形狀，使用在電動機的轉子或定子等中。例如，在專利文獻I中，記載了通過在製造圓弧狀且在徑向上具有各向異性的鐵氧體磁鐵之際，使用設有取向用強磁性體的乾式成形裝置，從而得到各向異性方向與徑向一致的成形體。另外，在專利文獻I中，還記載了通過規定各向異性鐵氧體磁鐵的表面磁通密度，來降低電動機的齒槽轉矩(cogging torque)和轉矩脈動(torque ripple)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2007-281437號公報

發明內容
發明所要解決的問題在將弓形磁鐵用在電動機的情況下，例如將以I極磁化的弓形磁鐵朝著轉子或定子的周向而交替地配置為N扱、S扱。近年來，要求降低使用在電動機的弓形磁鐵的個數。在這種情況下，有時將周向上的尺寸比以I極磁化的弓形磁鐵小的弓形磁鐵以2極磁化來使用。通過這樣做，能夠降低使用在I臺電動機的弓形磁鐵的個數，但在這種情況下，僅僅使各向異性方向與徑向一致並且以2極磁化，與使用以I極磁化的弓形磁鐵的情況比較，存在能夠有效地利用的磁通密度減少等的問題。在專利文獻I中關於該點沒有公開也沒有給出啟示，仍有改善的餘地。本發明的目的在於，抑制在以多個極磁化的弓形磁鐵中能夠有效地利用的磁通密度的降低。 解決問題的技術手段為了解決上述的問題，本發明所涉及的燒結磁鐵，其特徵在於，是包含多個磁粉顆粒的磁鐵，在由與該磁鐵的長度方向正交的面切斷的橫截面上，所述多個磁粉顆粒以易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點的方式進行取向。該弓形磁鐵，由與長度方向正交的面切斷的橫截面是圓弧形狀，且在所述橫截面上，多個磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點，並且以與聚集的點的數目相同的極的數目磁化。通過這樣做，能夠使磁通量從該弓形磁鐵向與其相対的電動機的齒集中。其結果，該弓形磁鐵能夠抑制在以多個極磁化的弓形磁鐵中能夠有效地利用的磁通密度的降低，並且與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極的情況相比較，能夠使齒所能夠利用的磁通密度為同等以上。作為本發明的優選的方式，在將弓形磁鐵以I極磁化的情況下，在該弓形磁鐵的所述橫截面上的形狀為圓弧形狀的第I曲面、以及與該第I曲面的外側相對配置並且在所述橫截面上的形狀為圓弧形狀的第2曲面中的至少ー個中的磁通密度的波形，優選僅具有所述取向方向聚集的點的數目的峰值。通過這樣做，多個磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點，因而能夠抑制在以多個極磁化的弓形磁鐵中能夠有效地利用的磁通密度的降低。作為本發明的優選的方式，所述波形的所述峰值與最小值之差的絕對值優選為所述最小值的絕對值的5%以上。通過這樣做，多個磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點，因而能夠抑制在以多個極磁化的弓形磁鐵中能夠有效地利用的磁通密度的降低。為了解決上述的問題，本發明所涉及的磁場成形用模具是包含型箱、第I衝頭、以及第2衝頭，並對所述型箱、所述第I衝頭和所述第2衝頭所包圍的成形空間內的磁粉顆粒加壓，成形為圓弧狀的形狀的磁場成形用模具，所述第I衝頭和所述第2衝頭中的至少一個，具有:具有與所述磁粉顆粒相接觸的成形面的非磁性體、以及在與所述非磁性體的所述成形面相反的一側與所述非磁性體相接觸且在與所述非磁性體相接觸的部分具有至少2個向所述非磁性體突出的凸部的強磁性體。例如，在所述第I衝頭和所述第2衝頭的兩者具有所述非磁性體的情況下，所述強磁性體中的至少一個在與所述非磁性體相接觸的部分具有至少2個向所述非磁性體突出的凸部。另外，在所述第I衝頭或所述第2衝頭中的任一個具有所述非磁性體的情況下，與所述非磁性體相接觸的強磁性體在與所述非磁性體相接觸的部分具有至少2個向所述非磁性體突出的凸部。使用該成形用模具來對磁粉顆粒進行磁場成形，從而能夠獲得在由與長度方向正交的面切斷的橫截面上多個磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點的弓形磁鐵。發明的效果本發明能夠抑制在以多個極磁化的弓形磁鐵中能夠有效地利用的磁通密度的降低。


圖1是表示本實施方式所涉及的弓形磁鐵的一個例子的立體圖。圖2是表示由與本實施方式所涉及的弓形磁鐵的長度方向正交的面切斷的狀態的截面圖。圖3是表示在本實施方式所涉及的弓形磁鐵的橫截面上磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向的截面圖。圖4是用於說明磁化的圖。圖5是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵磁化的狀態的模式圖。圖6是表示每I極磁化的弓形磁鐵與電動機的齒的關係的圖。圖7是表示進行2極的磁化的弓形磁鐵與電動機的齒的關係的圖。圖8是測量弓形磁鐵的表面磁通密度的方法的說明圖。圖9是測量弓形磁鐵的表面磁通密度的方法的說明圖。圖10是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵以I極磁化的情況下的表面磁通密度的波形的圖。圖11是表示使與本實施方式所涉及的弓形磁鐵的尺寸和形狀相同的弓形磁鐵徑向取向而以I極磁化的情況下的表面磁通密度的波形的圖。圖12是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵以I極磁化的情況下的其他例子中的表面磁通密度的波形的圖。圖13是將本實施方式所涉及的弓形磁鐵進行磁場成形的磁場成形裝置的說明圖。圖14是表示本實施方式所涉及的磁場成形裝置所具有的成形用模具的說明圖。圖15是表示本實施方式所涉及的磁場成形裝置所具有的成形用模具的變形例的說明圖。圖16是表示製造本實施方式所涉及的弓形磁鐵的其他方法的說明圖。圖17是表示製造本實施方式所涉及的弓形磁鐵的其他方法的說明圖。符號的說明10，IOa, 110，IlOn, IlOs, 210 弓形磁鐵IOn, 21On 第 I 部分10s, 210s 第 2 部分IOS部分弓形磁鐵11，I Ia 第 I 曲面12第2曲面13，13A, 13B, 13C, 13D 側面21，27，32，32a, 121 轉子22，122 定子芯22a 磁軛23，123，TS 齒24，124 導線26，31，36a 定子27S, 32S 軸27C, 32C, 33 轉子芯30, 30a 電動機35磁鐵插入槽36，36T 齒36Y 磁軛37 線圈37a勵磁線圈50磁場成形裝置50M, 50Ma成形用模具5IC 筒部51 型箱52，52a 第 I 衝頭52M，52Ma 強磁性體52N, 52Na 非磁性體
52a成形面53，53a 第 2 衝頭53M, 53Ma 強磁性體53N, 53Na 非磁性體53a成形面54成形空間55磁場產生用線圈56，57 凸部
具體實施例方式以下，一邊參照附圖一邊詳細地說明本發明。再有，本發明並不限定於以下的說明。對於以下的說明中的構成要素而言，包含本領域技術人員能夠容易地想到的構成要素、實質上相同的構成要素、所謂等同的範圍的構成要素。另外，以下所公開的結構可以進行適
當組合。圖1是表示本實施方式所涉及的弓形磁鐵的一個例子的立體圖。圖2是表示由與本實施方式所涉及的弓形磁鐵的長度方向正交的面切斷的狀態的截面圖。弓形磁鐵10，整體是拱(arch)形狀。再者，弓形磁鐵10是具有第I曲面11、在第I曲面11的外側Ilo與第I曲面11相對配置的第2曲面12、以及連結第I曲面11與第2曲面12的側面13的形狀。在本實施方式中，弓形磁鐵10具有多個、更具體而言4個側面13A，13B, 13C, 13D。各個側面13A，13B, 13C, 13D是平面，且互相正交。再有，在本實施方式中，側面13是4個，但側面的數目不限定於此。例如，可以在側面13B、13D與第I曲面11的邊界倒角，使側面13為6個，也可以在側面13B，13D與第2曲面12的邊界倒角，使側面13為6個。第I曲面11或第2曲面12分別是以規定的軸Za，Zb為中心的圓筒的一部分。第I曲面11和第2曲面的形狀，在由與軸Za，Zb正交的平面切斷的情況下，成為圓弧形狀、即成為圓的一部分的形狀。在本實施方式中，軸Za，Zb是相同的，第I曲面11的曲率半徑ra與第2曲面12的曲率半徑rb的大小不同(ra < rb)。再有，軸Za, Zb也可以不同。另外，第I曲面11和第2曲面12，各自的曲率半徑可以不同也可以相同。所謂弓形磁鐵10的長度方向，是與成為第I曲面11或第2曲面12的中心的軸Za或軸Zb平行的方向。其是與第I曲面11的曲面或第2曲面12的曲面、即沿著R的方向(圖1的箭頭C所表示的方向)正交並且與第I曲面11的曲面或第2曲面12的曲面平行的方向。在本實施方式中，所述長度方向也可以稱為與平面形狀為長方形的側面13B，13D和第I曲面11或第2曲面12的邊界線BL平行的方向。將由與所述長度方向正交的平面切斷弓形磁鐵10的截面稱為弓形磁鐵10的橫截面。第I曲面11和第2曲面12的橫截面上的形狀是圓弧形狀。另外，將與所述長度方向正交的方向稱為寬度方向，將以圖2所示的軸Za或軸Zb為中心且通過弓形磁鐵10的圓的周向稱為弓形磁鐵10的周向。將所述長度方向上的弓形磁鐵10的尺寸稱為弓形磁鐵10的長度(符號為L)，將寬度方向上的弓形磁鐵10的最大尺寸稱為弓形磁鐵10的寬度(符號為W)。弓形磁鐵10，整體為拱形狀，橫截面的形狀為圓弧形狀或C形形狀或扇形形狀。弓形磁鐵10也稱為瓦形(segment)的磁鐵(瓦形磁鐵),例如,使用在電動機的定子(固定子)或轉子(旋轉子)等中。弓形磁鐵10的適用對象不限定於電動機。例如，弓形磁鐵10對於揚聲器、麥克風、磁控管、MRI用磁場發生裝置、ABS傳感器、燃料 油位傳感器、配電器用傳感器、磁粉離合器等所使用的永久磁鐵而言也可以廣泛地適用。在本實施方式中，弓形磁鐵10是鐵氧體燒結磁鉄。鐵氧體燒結磁鐵通過燒結多個鐵氧體的磁粉顆粒而得到。鐵氧體燒結磁鐵具有相對高的磁特性，因為便宜而被廣泛使用。鐵氧體燒結磁鐵的種類沒有特別限定，可以是鋇系、鍶系、鈣系中的任ー種。在弓形磁鐵10是鐵氧體燒結磁鐵的情況下，弓形磁鐵10的製法可以是溼式製法、乾式製法中的任ー種，與製法無關。再有，在本實施方式中，弓形磁鐵10的種類不限定於鐵氧體燒結磁鐵，也可以是稀土類燒結磁鐵或釤 鈷系燒結磁鐵那樣的金屬燒結磁鉄。另外，弓形磁鐵10可以是用樹脂或橡膠等使磁粉顆粒凝固的粘結磁鐵。即，本實施方式所涉及的弓形磁鐵10，通過對多個磁粉顆粒進行成形而得到的、包含多個磁粉顆粒的磁鐵全部成為對象。圖3是表示在本實施方式所涉及的弓形磁鐵的橫截面上磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向的截面圖。圖3所示的箭頭表示磁粉顆粒CPm的取向方向,CL表示弓形磁鐵10的寬度方向中心(以下相同)。圖4是用於說明磁化的圖。圖5是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵磁化的狀態的模式圖。在本實施方式中，弓形磁鐵10以多個磁粉顆粒CPm的易磁化軸向著至少2個軸Zca，Zcb聚集的方式進行取向。即，弓形磁鐵10，如圖3所示，在其橫截面上，多個磁粉顆粒CPm以易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點(2個軸Zca，Zcb與所述橫截面的交點)的方式取向。在使磁粉顆粒凝固而成為弓形磁鐵10的形狀之際，通過在磁場中ー邊成形一邊取向(磁場成形)，由此以易磁化軸向著至少2個軸Zca, Zcb聚集的方式使磁粉顆粒CPm取向。該磁場成形的方法在後面敘述。再有，在本實施方式中，磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向所聚集的部分不限定於2個。

磁粉顆粒CPm的易磁化軸相當於構成磁粉顆粒CPm的磁性材料的結晶的易磁化軸。在弓形磁鐵10是鐵氧體磁鐵的情況下，磁粉顆粒CPm具有六方晶型的結晶構造。在這樣的結晶構造的情況下，結晶CRm的易磁化軸是Z軸(參照圖3)。加熱弓形磁鐵10，在超過某一溫度時引起弓形磁鐵10的結晶異常生長。若研磨這樣的弓形磁鐵10的橫截面，則異常生長的結晶會反射光，比周圍的組織更看到發光。因此，通過觀察使弓形磁鐵10的結晶異常生長而在橫截面顯現的結晶，從而能夠觀察磁粉顆粒CPm的易磁化軸是否向著至少2個軸Zca, Zcb聚集。在弓形磁粉10是鐵氧體燒結磁鐵的情況下，例如，如圖3所示，求出在橫截面顯現的結晶CRm的易磁化軸(Z軸)向著的方向，能夠知道易磁化軸是否向著至少2個軸Zca, Zcb聚集。通過如上述那樣使磁粉顆粒CPm取向，弓形磁鐵10以寬度方向中心CL為界被分為磁粉顆粒CPm的取向方向向著軸Zca聚集的部分、以及向著軸Zcb聚集的部分。在本實施方式中，例如，如圖4所示，I個弓形磁鐵10組裝到磁性的殼體1，由從電源3供給電カ而產生磁場的內面磁化磁軛2而以2極(N極、S極)磁化。例如，如圖5所示，使由寬度方向中心CL劃分的弓形磁鐵10的一方為第I部分IOn,另一方為第2部分10s。在圖5所示的例子中，第I部分IOn以N極磁化、第2部分IOs以S極磁化。因此，I個弓形磁鐵10向著其周向而使N極與S極交替。如上述那樣，弓形磁鐵10所具有的多個磁粉顆粒CPm的易磁化軸取向的方向向著軸Zca，Zcb，因而弓形磁鐵10的磁化的方向在第I部分IOn向著軸Zca,在第2部分IOs向著Zcb。如此，弓形磁鐵10在第I部分IOn與第2部分IOs各自磁化的方向不同，因而在將弓形磁鐵10使用在電動機的情況下，弓形磁鐵10的磁通量容易集中於各自的電動機的齒TS。其結果，弓形磁鐵10能夠增加齒TS能夠利用的磁通密度。關於此點，在後面敘述。圖6是表不每I極磁化的弓形磁鐵與電動機的齒的關係的圖。圖7是表不進行2極的磁化的弓形磁鐵與電動機的齒的關係的圖。在圖6所示的例子中，各個弓形磁鐵IlOn, IlOs通過徑向取向，以磁粉顆粒的易磁化軸分別向著軸Zca, Zcb的方式進行取向。再者，弓形磁鐵IlOn以N極磁化，弓形磁鐵IlOs以S極磁化。當將這樣的弓形磁鐵IlOn, IlOs組裝到電動機的轉子時，來自於各個弓形磁鐵110n，IlOs的磁通量分別向著軸Zca，Zcb0其結果，所述磁通量容易集中於電動機的各個齒TS，並且通過各個齒TS的磁通量也變多。圖7所示的例子的弓形磁鐵210，周向的尺寸與在周向連結圖6所示的弓形磁鐵IlOn, IlOs的尺寸為相同程度。弓形磁鐵210通過徑向取向，以磁粉顆粒的易磁化軸向著軸Zc的方式進行取向。再者，弓形磁鐵210在被施以徑向取向後，由寬度方向中心CL劃分的弓形磁鐵210的一方即第I部分210η以N極磁化，另一方即第2部分210s以S極磁化。當將這樣的弓形磁鐵210組裝至例如電動機的轉子時，來自於第I部分210η和第2部分210s的磁通量均向著軸Zc，因而通過電動機的各個齒TS的磁通量變少。其結果，齒TS能夠利用的磁通密度與圖6所示的弓形磁鐵110η，IlOs相比降低。如上述那樣，在本實施方式中，弓形磁鐵10的磁粉顆粒的易磁化軸取向的方向向著軸Zca, Zcb聚集。因此,在弓形磁鐵10被磁化時,來自於弓形磁鐵10的磁通量在第I部分IOn向著軸Zca，在第2部分IOs向著軸Zcb。當將這樣的弓形磁鐵10組裝於例如電動機的轉子時，來自於第I部分IOn的磁通量與來自於第2部分IOs的磁通量向著電動機的各個齒TS，因而通過各個齒TS的磁通量比弓形磁鐵210多。其結果，齒TS能夠利用的磁通密度與圖7所示的弓形磁鐵210相比增加。另外，在將圖6所示的弓形磁鐵110η，IlOs組裝至電動機的轉子的情況下，在兩者間，在周向上產生一定的間隔I。即，弓形磁鐵110n，IlOs在一對N極與S極的組合中，在極間產生一定的間隔I。如圖5所示，本實施方式的弓形磁鐵10，將I個磁鐵以2極(N極、S極)磁化，因而N極與S極向著周向連續。通過這樣的構造，從圖5、圖6可知，弓形磁鐵10與在周向上配置以I極磁化的N極和S極的弓形磁鐵110η，IlOs的情況不同，在極間不產生一定的間隔。因此，在使用弓形磁鐵10的情況下，齒TS也能夠利用來自於寬度方向中心CL附近的區域(中心區域)C的弓形磁鐵10的磁通量。其結果，齒TS能夠利用的磁通密度與圖6所示的弓形磁鐵110η，IlOs相比增加。接著，對弓形磁鐵10的表面上的磁通密度(表面磁通密度)Bd進行說明。圖8、圖9是測量弓形磁鐵的表面磁通密度的方法的說明圖。在測量表面磁通密度Bd的情況下，如圖8所示，在磁化的弓形磁鐵10的第I曲面11的附近配置霍爾元件6。此時的霍爾元件6位於第I曲面11的長度方向上的中央部，接觸於或儘可能接近於第I曲面11而配置。再者，通過使弓形磁鐵10在周向(圖8的箭頭CR所示的方向)上旋轉，從而測量第I曲面11的周向上的從一端PA到另一端PB的表面磁通密度Bd的分布。再有，在使弓形磁鐵10旋轉的情況下，使霍爾元件6與第I曲面11的距離不變動。在測量弓形磁鐵10的第2曲面12的表面磁通密度Bd的情況下，如圖9所示，在磁化的弓形磁鐵10的第2曲面12的附近配置霍爾元件6。此時的霍爾元件6位於第2曲面12的長度方向上的中央部，接觸於或儘可能接近於第2曲面12而配置。再者，通過使弓形磁鐵10在周向(圖9的箭頭CR所示的方向)上旋轉，從而測量第2曲面12的周向上的從一端PC至另一端ro的表面磁通密度Bd的分布。再有，在使弓形磁鐵10旋轉的情況下，使霍爾元件6與第2曲面12的距離不變動。若將通過上述那樣測量的表面磁通密度Bd相對於弓形磁鐵10的周向位置進行描繪，則得到表面磁通密度Bd的分布曲線(波形)。圖10是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵以I極磁化的情況下的表面磁通密度的波形的圖。圖11是表示使與本實施方式所涉及的弓形磁鐵的尺寸和形狀相同的弓形磁鐵徑向取向而以I極磁化的情況下的表面磁通密度的波形的圖。圖12是表示使本實施方式所涉及的弓形磁鐵以I極磁化的情況下的其他例子中的表面磁通密度的波形的圖。圖10至圖12的測量所使用的弓形磁鐵的材料、尺寸和形狀均相同，磁場取向的方法不同。圖10至圖12的橫軸是弓形磁鐵的周向位置0 (度)，縱軸是表面磁通密度Bd。周向位置，以0為90度和270度作為中心約±45度的範圍是弓形磁鐵10的第I曲面11或第2曲面12的周向上的範圍。圖10至圖12的縱軸是以基準的表面磁通密度對測量值規格化後的相對值，但由於基準的表面磁通密度是相同的值，因此能夠對各個結果彼此進行比較。如圖10所示，在將弓形磁鐵10以I極磁化的情況下，弓形磁鐵10的表面、即第I曲面11與第2曲面12中的至少一方中的磁通密度(表面磁通密度)Bd的波形僅具有構成弓形磁鐵10的多個磁粉顆粒的易磁化軸的取向方向(磁粉顆粒取向方向)聚集的軸(橫截面上是點)的數目的峰值。在第I曲面11和第2曲面12的兩者，分別具有所述峰值的情況下，弓形磁鐵10所具有的所述峰值的數目變成所述取向方向聚集的軸的數目的2倍。例如，在所述取向方向聚集的軸的數目是2個的情況下，弓形磁鐵10所具有的所述峰值為4個。另夕卜，在第I曲面11或第2曲面12的任一方中具有所述峰值的情況下，弓形磁鐵10所具有的所述峰值的數目與所述取向方向聚集的軸的數目相等。例如，在所述取向方向聚集的軸的數目是2個的情況下，弓形磁鐵10所具有的所述峰值的數目變為2個。在本實施方式中，所述取向方向聚集的軸，如圖3所示，是2個。如圖10所示，弓形磁鐵10的表面磁通密度Bd的波形在第I曲面11中具有2個峰值Pi，在第2曲面12具有2個峰值Po。另ー方面，如圖11所示，在將尺寸和形狀與圖3所示的弓形磁鐵10相同的弓形磁鐵徑向取向而以I極磁化的情況下，表面磁通密度Bd的波形僅具有ー個峰值。可以認為這是由幹，弓形磁鐵10的磁粉顆粒取向方向聚集於2個不同的軸的結果，磁化後的表面磁通密度Bd也在弓形磁鐵10的周向上在不同的2個地方變高，由此形成峰值。圖12所示的例子是比圖10所示的例子更削弱磁場取向的條件、更具體而言磁場成形中的磁場的例子。在該例子中，弓形磁鐵10的表面磁通密度Bd的波形在第2曲面12具有2個峰值Po。另外，弓形磁鐵10的第I曲面11的表面磁通密度Bd的波形朝著弓形磁鐵10的周向位置0為90度附近、即寬度方向中心而減少，在0 =90度附近取得極小值。在該過程中，表面磁通密度Bd的波形除了取得極小值的位置，所述波形的彎曲方向變化，使得由Pvi所示的位置上所述波形向上凸。弓形磁鐵10，由於弓形磁鐵10的磁粉顆粒取向方向聚集的軸存在2個，因此在第I曲面11的周向，磁通密度集中於不同的2個地方，其結果，可以認為表面磁通密度Bd的波形在由Pvi所示的位置彎曲方向發生變化。
如此，弓形磁鐵10,通過使磁場取向的條件不同，從而表面磁通密度Bd的波形不同。然而，第I曲面11與第2曲面12中的至少一方中的表面磁通密度Bd的波形僅具有磁粉顆粒取向方向聚集的軸的數目的峰值。如此，弓形磁鐵10，第I曲面11與第2曲面12中的至少一方的周向上的表面磁通密度Bd的波形(分布)存在這樣的特徵:僅具有磁粉顆粒取向方向聚集的軸的數目的峰值。如圖11所示，在使尺寸和形狀與圖3所示的弓形磁鐵10相同的弓形磁鐵徑向取向而以I極磁化的情況下，表面磁通密度Bd的最高值在第I曲面11為6左右。另一方面，在弓形磁鐵10，表面磁通密度Bd的最高值是第I曲面11上的峰值Pi的值，為6.8左右。另外，弓形磁鐵10的表面磁通密度Bd的最小值在第I曲面11上為6.0左右，與圖11的弓形磁鐵為相同程度。在圖10所示的例子與圖11所示的例子中比較總通量。圖11所示的、徑向取向而以I極磁化的弓形磁鐵的總通量是172 μ Wb。與此相對，圖10所示的例子、即將磁粉顆粒取向方向聚集於2個不同的軸的弓形磁鐵10的總通量是177.6 μ Wb。如此，弓形磁鐵10相對於徑向取向而以I極磁化的弓形磁鐵，總通量提高了約3%。從該結果可以說，弓形磁鐵10通過調整磁場取向的條件來調整磁粉顆粒取向方向聚集的軸的位置，從而與使尺寸和形狀相同的弓形磁鐵10徑向取向的情況相比，能夠得到高的表面磁通密度。在圖10所示的例子中，弓形磁鐵10的第I曲面11中的表面磁通密度Bd，峰值Pi的值的絕對值是6.7和6.9，最小值的絕對值是6.0。在第I曲面11中，表面磁通密度Bd的波形的峰值Pi與最小值之差的絕對值分別是0.7,0.9，且是最小值的絕對值的11.7%、15%。另外，弓形磁鐵10的第2曲面12的表面磁通密度Bd，峰值Po的值的絕對值均是3.1，最小值的絕對值是3.5。在第2曲面12中，表面磁通密度Bd的波形的峰值Po與最小值之差的絕對值是0.4，且是最小值的絕對值的11.4%。在圖12所示的例子中，弓形磁鐵10的第2曲面12的表面磁通密度Bd，峰值Po的值的絕對值分別是4.2,4.1，最小值的絕對值是4.45。在第2曲面12中，表面磁通密度Bd的波形的峰值Po與最小值之差的絕對值是0.25,0.35，且是最小值的絕對值的5.6%、7.8%。從這些結果可知，在本實施方式中，若在弓形磁鐵10中表面磁通密度Bd的波形的峰值與最小值之差的絕對值為最小值的絕對值的5%以上，優選為10%以上，則使磁粉顆粒取向方向聚集於2個不同的軸，能夠抑制能夠有效地利用的磁通密度的降低。在具備弓形磁鐵10的電動機中，弓形磁鐵10的第I曲面11與電動機的定子26所具有的齒23相對。但是，從圖10和圖12的結果可知，弓形磁鐵10在第2曲面12，表面磁通密度Bd的波形的峰值存在於在周向上不同的2個地方。因此，若將弓形磁鐵10應用在定子所具有的齒與弓形磁鐵的外周面相對的方式的電動機，則所述齒優選能夠有效地利用磁通密度。接著，說明用於對弓形磁鐵10進行磁場成形的磁場成形裝置。圖13是將本實施方式所涉及的弓形磁鐵磁場成形的磁場成形裝置的說明圖。圖14是表示本實施方式所涉及的磁場成形裝置所具有的成形用模具的說明圖。圖1、圖3等所示的弓形磁鐵10由磁場成形裝置50在磁場中成形(磁場成形)，通過燒結該成形體而製造。磁場成形裝置50包含型箱51、第I衝頭52、第2衝頭53、以及磁場產生用線圈55。磁場成形裝置50對由型箱51、第I衝頭52和第2衝頭53包圍的成形空間54內的磁粉顆粒CPm (參照圖14)加壓，成形為圓弧狀的形狀。型箱51、第I衝頭52和第2衝頭53成為在對弓形磁鐵10進行磁場成形時的成形用模具50M。型箱51是強磁性體，具有筒部51C。筒部51C是截面為矩形、即弓形磁鐵10的平面視的形狀的貫通孔。在本實施方式中，在筒部51C的一個開ロ配置有第I衝頭52。第2衝頭53從筒部51C的另ー個開ロ進入到筒部51C的內部。在本實施方式中，第I衝頭52配置在與鉛垂方向相反的ー側(上方)，第2衝頭53配置在鉛垂方向側(下方)。成形空間54是型箱51、即由型箱51的筒部51C、第I衝頭52和第2衝頭53包圍的空間。在磁場成形時，將磁粉顆粒CPm投入到筒部51C的內部，將第I衝頭52配置在筒部51C的ー個開ロ。於是，一邊由磁場產生用線圈55對成形空間54內的磁粉顆粒CPm施加磁場，一邊使第2衝頭53進入到第I衝頭52側(圖13的箭頭P所示的方向)，對成形空間54內的磁粉顆粒CPm加壓。通過這樣的處理，磁粉顆粒CPm在磁場中被加壓，因而ー邊使磁粉顆粒CPm的易磁化軸向著所述磁場的方向取向，ー邊使橫截面成形為圓弧形狀。通過燒結這樣所得到的磁粉顆粒的成形體，從而能夠得到弓形磁鐵10。第I衝頭52包含具有與磁粉顆粒CPm相接觸的成形面52a的非磁性體52N、以及在與非磁性體52N的成形面52a相反的ー側(成形空間54側)與非磁性體52N相接觸的強磁性體52M。S卩，非磁性體52N在與成形面52a相反的一側與強磁性體52M相接觸。第2衝頭53包含具有與磁粉顆粒CPm相接觸的成形面53a的非磁性體53N、以及在與非磁性體53N的成形面53a相反的ー側(成形空間54側)與非磁性體53N相接觸並且在與非磁性體53N相接觸的部分具有至少2個向著非磁性體53N突出的凸部56的強磁性體53M。S卩，非磁性體53N在與成形面53a相反的一側與強磁性體53M相接觸。通過這樣的構造，磁場成形裝置50的第I衝頭52所具有的非磁性體52N與第2衝頭53所具有的非磁性體53N在型箱51的筒部51C內相對。凸部56的數目與圖1、圖3等所示的弓形磁鐵10的磁粉顆粒取向方向聚集的軸的數目對應，不限定於2個。凸部56的形狀是曲面形狀。在本實施方式中，第I衝頭52所具有的非磁性體52N的成形面52a形成弓形磁鐵10的第2曲面12。另外，第2衝頭53所具有的非磁性體53N的成形面53a形成弓形磁鐵10的第I曲面11。因此，成形面52a是複製了弓形磁鐵10的第2曲面12的形狀、即凹形的曲面形狀，成形面53a是複製了弓形磁鐵10的第I曲面11的形狀、即凸形的曲面形狀。通過第2衝頭53所具有的強磁性體53M具有2個曲面形狀的凸部56，從而能夠使成形用模具50M內的磁通量向著各個的凸部56，56。其結果，構成弓形磁鐵10的多個磁粉顆粒的易磁化軸向著圖3所示的2個不同的軸Zca，Zcb聚集。通過這樣的作用，磁場成形裝置50如圖3所示那樣能夠得到磁粉顆粒取向方向向著存在於第I曲面11的內側的2個不同的軸Zca, Zcb聚集的弓形磁鐵10。另外,在成形空間54內，將第I衝頭52的非磁性體52N與第2衝頭53的非磁性體53N相對配置，在磁場成形中與磁粉顆粒CPm相接觸，由此能夠抑制弓形磁鐵10的取向聚集於第I曲面11或第2曲面12。凸部56的曲面的曲率半徑或頂點的位置等根據磁粉顆粒取向方向所聚集的軸的位置來進行適當調整(以下相同)。由強磁性體所製作的型箱51和強磁性體52M，53M的材料沒有特別的限定，只要是通常所使用的材料即可。例如，將碳素鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、模具鋼等用作型箱51和強磁性體52M，53M的材料。非磁性體52N，53N的材料沒有特別限定，可以使用司太立合金(Stellite)(註冊商標)、不鏽鋼、銅鈹合金、高錳鋼、青銅、黃銅、非磁性超級鋼等。另外，第I衝頭52和第2衝頭53中的任一方可以僅具有強磁性體,在磁場成形中強磁性體與磁粉顆粒CPm相接觸。即，在本實施方式中，第I衝頭52與第2衝頭53中的至少一方只要具有非磁性體即可。若通過這樣做，能夠不改變圖13所示的磁場產生用線圈55所產生的磁場的強度而改變磁場取向的條件。因此，若第I衝頭52和第2衝頭53中的至少一方具有非磁性體，則改變磁場取向的條件時的自由度提高。其結果，根據所製造的弓形磁鐵10的特性，能夠容易地改變磁場取向的條件。例如，圖12所示的例子的弓形磁鐵是通過將第I衝頭52僅作為強磁性體52M並進行磁場成形而得到的磁鐵。再有，在第I衝頭52和第2衝頭53中的至少一方具有非磁性體的情況下，與非磁性體相接觸的強磁性體，在與非磁性體相接觸的部分，具有至少2個向非磁性體突出的凸部。在第I衝頭52和第2衝頭53中的至少一方具有非磁性體的情況下，與非磁性體相接觸的強磁性體具有至少2個向非磁性體突出的凸部。圖15是表示本實施方式所涉及的磁場成形裝置所具有的成形用模具的變形例的說明圖。該成形用模具50Ma是用於得到使磁粉顆粒取向方向朝著存在於第2曲面12 (參照圖2)的外側的2個不同的軸聚集的弓形磁鐵10的模具。在該成形用模具50Ma中，配置在型箱51所具有的筒部5IC的一個開口的第I衝頭52a所具有的強磁性體52Ma具有2個向非磁性體52Na突出的凸部57。另外，第2衝頭53a包含非磁性體53Na、以及在非磁性體53N的成形空間54側與非磁性體53N相接觸的強磁性體53Ma。於是，第2衝頭53a從另一個開口進入到筒部51C內。通過這樣的構造，第I衝頭52a能夠使成形用模具50Ma內的磁通量朝向各自的凸部57，57。其結果，構成弓形磁鐵10的多個磁粉顆粒的易磁化軸向存在於第2曲面12 (參照圖2)的外側的2個不同的軸聚集。該成形用模具50Ma能夠對使磁粉顆粒取向方向朝著存在於第2曲面12 (參照圖2)的外側的2個不同的軸聚集的弓形磁鐵10進行成形。另外,在成形用模具50Ma中，可以將第2衝頭53a作為圖14所示的第2衝頭53。即，成形用模具50Ma可以具備包含具有成形面53a的非磁性體53N、以及具有至少2個接觸於該非磁性體53N的反成形面側並且向著非磁性體53N突出的凸部56的強磁性體52M的第2衝頭53。若這樣做，則構成弓形磁鐵10的多個磁粉顆粒的易磁化軸向存在於第I曲面11的內側的2個不同的軸和存在於第2曲面12的外側的2個不同的軸聚集。其結果，具有這樣的第I衝頭52a和第2衝頭53的成形用模具50Ma，能夠對使磁粉顆粒取向方向朝著存在於第I曲面11的內側的2個不同的軸和存在於第2曲面12的外側的2個不同的軸聚集的弓形磁鐵10進行成形。如此，在本實施方式中，第I衝頭和第2衝頭中的至少一方所具有的強磁性體可以在與非磁性體相接觸的部分具有至少2個向非磁性體突出的凸部。圖16、圖17是表示製造本實施方式所涉及的弓形磁鐵的其他方法的說明圖。該方法(製造方法)通過接合圖1、圖3等所示的弓形磁鐵10的周向上的尺寸為二分之一的部分弓形磁鐵10S, IOS而得到弓形磁鐵10。首先,製造部分弓形磁鐵10S, 10S。部分弓形磁鐵10S，IOS在磁場成形中分別進行徑向取向。此時，部分弓形磁鐵10S，IOS的磁粉顆粒取向方向聚集於軸Zca, Zcbo磁場成形結束後的部分弓形磁鐵10S，IOS在各個側面10SP，IOSP彼此接合。在該接合中，例如可以使用環氧樹脂系的粘合劑。若部分弓形磁鐵10S，IOS彼此粘合，則弓形磁鐵IOa完成。該弓形磁鐵10，磁粉顆粒取向方向朝著存在於第I曲面Ila的內側的2個不同的軸Zca, Zcb聚集。如此，弓形磁鐵10也能夠通過接合徑向取向了的多個部分弓形磁鐵10S, IOS而製造。因此，根據該方法，即使不使用上述的成形用模具50M，50Ma，也能夠製造弓形磁鐵10。以上，本實施方式所涉及的弓形磁鐵，在由與長度方向正交的面切斷的橫截面上，弓形磁鐵所具有的多個磁粉顆粒，易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點，並且以與聚集的點的數目相同的極的數目(本實施方式是2)磁化。通過這樣做，能夠使磁通量從本實施方式所涉及的弓形磁鐵向與其相対的電動機的齒集中。其結果，本實施方式所涉及的弓形磁鐵與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極的情況相比較，能夠使齒能夠利用的磁通密度為同等以上。另外，本實施方式所涉及的弓形磁鐵是在周向上連結2個將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況下的弓形磁鐵的尺寸的弓形磁鐵，將I個弓形磁鐵以2極磁化來使用。因此，在將本實施方式所涉及的弓形磁鐵使用在電動機的情況下，與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況相比較，能夠減輕將弓形磁鐵組裝於電動機的作業，因而電動機的生產性提高，並且也能夠降低製造成本。另外，在將本實施方式所涉及的弓形磁鐵使用在電動機的情況下，與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況相比較，能夠使所使用的弓形磁鐵的個數減半。在由磁場成形製造弓形磁鐵的情況下，即使弓形磁鐵的尺寸變化，磁場成形所需要的時間也大致相同。因此，能夠使I臺電動機所使用的弓形磁鐵的個數減半，而能夠使製造I臺電動機所使用的所有的弓形磁鐵的時間大致減半。另外，在弓形磁鐵是鐵氧體燒結磁鐵的情況下，為了得到必要的形狀和尺寸，需要在燒結後進行研磨。該研磨通常將弓形磁鐵朝著其長度方向送到研磨裝置。即，在研磨中，通過研磨裝置的弓形磁鐵的總長度與研磨所需要的時間成比例。電動機所使用的弓形磁鐵的個數能夠減半，從而I臺電動機所使用的所有的弓形磁鐵通過研磨裝置的個數能夠減半。因此，本實施方式所涉及的弓形磁鐵與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況相比較，通過研磨裝置的弓形磁鐵的總長度也能夠減半，因而研磨所需要的時間能夠大致減半。此外，檢查完成的弓形磁鐵，對檢查合格的磁鐵進行梱包，作為產品上市。I臺電動機所使用的弓形磁鐵的個數能夠減半，從而檢查的弓形磁鐵的數目能夠減半。因此，檢查所需要的時間減半，因而弓形磁鐵的生產性提高，並且檢查員的負擔也能減輕。另外，I臺電動機所使用的弓形磁鐵的個數能夠減半，因而與以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況相比較，梱包I臺電動機份的弓形磁鐵的梱包材料的量也能夠降低。因此，本實施方式所涉及的弓形磁鐵的環境負荷也能夠降低。如此，本實施方式所涉及的弓形磁鐵與將以I極磁化的弓形磁鐵交替地排列為N扱、S極來使用的情況相比較，有這樣的優點:能夠謀求生產性的提高和製造成本的降低，並且檢查員的負擔和環境負荷也能夠降低。
權利要求
1.一種弓形磁鐵，其特徵在於， 是包含多個磁粉顆粒的磁鐵， 在由正交於該磁鐵的長度方向的面切斷的橫截面上，所述多個磁粉顆粒以易磁化軸的取向方向聚集於至少2個點的方式進行取向。
2.一種弓形磁鐵，其特徵在於， 在如權利要求1所述的弓形磁鐵以I極磁化的情況下，在該弓形磁鐵的所述橫截面上的形狀為圓弧形狀的第I曲面、以及與該第I曲面的外側相對配置並且在所述橫截面上的形狀為圓弧形狀的第2曲面中的至少一個中的磁通密度的波形，僅具有所述取向方向聚集的點的數目的峰值。
3.根據權利要求2所述的弓形磁鐵，其特徵在於， 所述波形的所述峰值與最小值之差的絕對值是所述最小值的絕對值的5%以上。
4.一種磁場成形用模具，其特徵在於， 是包含型箱、第I衝頭、以及第2衝頭，並對所述型箱、所述第I衝頭和所述第2衝頭所包圍的成形空間內的磁粉顆粒加壓，成形為圓弧狀的形狀的磁場成形用模具， 所述第I衝頭和所述第2衝頭中的至少一個，具有: 非磁性體，具有與所述磁粉顆粒相接觸的成形面；以及 強磁性體，在與所述非磁性體的所述成形面相反的一側與所述非磁性體相接觸，且在與所述非磁性體相接觸的部分，具有至少2個向所述非磁性體突出的凸部。
全文摘要
弓形磁鐵(10)是包含多個磁粉顆粒的、橫截面為圓弧形狀的磁鐵。弓形磁鐵(10)在由與其長度方向正交的面切斷的橫截面上，多個磁粉顆粒以易磁化軸的取向方向聚集於2個點、即2個不同的軸(Zca,Zcb)與所述橫截面交叉的部分的方式進行取向。通過這樣做，來自於弓形磁鐵(10)的磁通量向著2個不同的軸(Zca,Zcb)。其結果，弓形磁鐵(10)能夠增加能夠有效地利用的磁通密度。
文檔編號H01F41/02GK103098354SQ20118004309
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月9日 優先權日2010年9月10日
發明者宮城島一彥, 二橋貞雄 申請人:Tdk株式會社